專利名稱：直接熔煉工藝中的壓力控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于熔融熔池的直接熔煉工藝及設備，用于在直 接熔煉容器中生產熔融金屬。
具體而言，本發(fā)明涉及控制直接熔煉容器內的壓力。
本發(fā)明尤其但并不排他地涉及基于熔融熔池的直接熔煉工藝，該
工藝用于從含鐵的金屬供給材料，例如鐵礦石、部分還原了的鐵礦石 和(如來自煉鋼廠的)含鐵廢物流生產熔融鐵。
背景技術：
公知的基于熔融熔池的直接熔煉工藝通常稱為HIsmelt工藝。在生 產熔融鐵的情形下，該HIsmelt工藝包括以下步驟
(a) 在直接熔煉容器中形成熔融鐵和爐渣的熔池；
(b) 向熔池中注入(i)含金屬供給材料，通常為呈細粉形式的 鐵礦石；和(ii)固體含碳材料，通常為煤，用作含金屬供給材料的還 原劑和能量源；以及
(C)將含金屬供給材料熔煉為熔池中的鐵。
在此，術語"熔煉"應理解為是指熱處理，其中，進行還原金屬 氧化物的化學反應，以產生熔融金屬。
在HIsmelt工藝中，將含金屬供給材料和固體含碳材料通過多個噴 槍/鼓風口注入到熔融熔池，所述噴槍/鼓風口相對于垂直方向傾斜，以 向下向內穿過直接熔煉容器的側壁并進入該容器下部區(qū)域，從而將至 少部分固體物質輸送到容器底部中的金屬層。通過向下延伸的噴槍將
8熱的含氧氣體(通常為空氣或富氧空氣)鼓風注入到容器的上部區(qū)域， 從而使熔融熔池釋放的反應氣體在容器的上部區(qū)域內進行后燃燒。通 常，在生產熔融鐵的情況下，熱空氣或熱富氧空氣的溫度大約為 1200°C，并且在熱鼓風爐中產生。通過尾氣管道從容器的上部區(qū)域帶 走容器內反應氣體的后燃燒產生的尾氣。容器包括在容器的側壁和爐 頂襯墊中的水冷式耐火板，而且水以連續(xù)回路的方式通過所述板連續(xù) 循環(huán)。
該HIsmelt工藝使得能通過在一個單獨緊湊容器內直接熔煉來生 產大量的熔融鐵，通常至少為0.5Mt/a。
然而，為了在HIsmelt工藝中獲得高的熔融鐵生產率，需要(a) 產生大量的熱空氣或熱富氧空氣以及運載氣體(用于固體注入)，并將 這些氣體輸送到直接熔煉容器，(b)將大量含金屬供給材料，諸如含
鐵供給材料輸送到容器，包括產生大量的運載氣體，并將該運載氣體 輸送到容器，(c)從容器輸送大量的熱尾氣，(d)從容器輸送走在該工 藝中產生的大量熔融鐵和爐渣，以及(e)使大量的水通過水冷板循環(huán)， 所有這些都在相對封閉的區(qū)域內進行。
有鑒于此，高的熔融鐵生產率需要有這樣一種HIsmelt設備，其包 括(a)加壓的直接熔煉容器和輔助裝置，諸如用于向容器供應固體供 給材料的閘斗倉，以及位于容器的尾氣管道上的壓力控制裝置，(b) 為容器產生高流量熱空氣或熱富氧空氣的爐子，以及(c)尾氣處理裝 置，其能對從容器排出的大量尾氣進行處理。
對于上述HIsmelt工藝來說，在熔融金屬生產期間，直接熔煉容器 中的壓力控制是重要的問題。

發(fā)明內容
在寬泛的意義上，本發(fā)明提供了一種直接熔煉工藝，用于在直接熔煉容器內從含金屬供給材料生產熔融金屬，該直接熔煉工藝包括 將來自所述容器的尾氣流用作(i)用于產生所述工藝用的熱空氣鼓風 或熱富氧空氣鼓風的爐子和(ii)用于產生所述工藝用的蒸汽的廢熱回 收單元中至少一個的燃料氣體，該直接熔煉工藝還包括當工藝為生 產熔融金屬時，通過控制所述尾氣流中的壓力，來控制所述容器內的 壓力。
更具體而言，本發(fā)明提供一種直接熔煉工藝，用于在直接熔煉容 器中從含金屬供給材料生產熔融金屬，該工藝包括
(a) 在大氣壓力之上，在包含金屬和爐渣的熔融熔池的直接熔煉 容器中對含金屬供給材料進行直接熔煉，并產生工藝產物熔融金屬、 熔渣和尾氣，該工藝包括將(i)經預處理的固體含金屬供給材料、(ii) 固體含碳供給材料和(Hi)空氣或富氧空氣供給到所述容器；
(b) 將從直接熔煉容器釋放的尾氣分成至少兩股尾氣流，將第一 股尾氣流用在預處理裝置中，該預處理裝置用于預處理隨后被供給到 所述直接熔煉容器的含金屬供給材料，并且將第二股尾氣流用作(i) 用于產生熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子和(ii)用于產生蒸汽的 廢熱回收單元中至少一個的燃料氣體，以及
(C)當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，通過控 制所述第二股尾氣流中的尾氣壓力，來控制所述直接熔煉容器內的壓 力。
本發(fā)明是基于這些認識與諸如經由所述第一股尾氣流的壓力控 制和同時經由所述第一股和第二股尾氣流的壓力控制的選擇項相比， 經由所述第二股尾氣流的壓力控制的選擇是更有效的選擇項。
優(yōu)選地，步驟(C)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產 熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制為基本上恒定的壓力。
優(yōu)選地，步驟(c)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制為至少0.6巴的表壓。
優(yōu)選地，步驟(C)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產 熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制在0.6至1.0巴表壓的
范圍內。
更優(yōu)選地，步驟(c)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生 產熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制在0.7至0.9巴表壓 的范圍內。
通常，步驟(c)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔 融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制為0.8巴的表壓。
同時優(yōu)選地，當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時， 本發(fā)明不限于在所述直接熔煉容器內的恒定壓力運行，而且還延伸到 在所述直接熔煉容器內的可變壓力下運行。
優(yōu)選地，所述工藝包括在爐子和廢熱回收單元中至少一個的上 游的水洗滌器中，冷卻和去除來自所述第二股尾氣流的微粒材料和可 溶氣體種類以及金屬蒸汽。
優(yōu)選地，步驟(C)包括通過控制流經尾氣流量控制閥("主流
量控制閥")的尾氣的流量，來控制所述直接熔煉容器內的壓力。
優(yōu)選地，步驟(C)包括通過打開或關閉所述洗滌器中的尾氣流 量控制閥，來控制流經所述洗滌器的尾氣流量，從而控制所述直接熔 煉容器內的壓力，所述洗滌器在下文中稱為"壓力控制洗滌器"。
優(yōu)選地，所述預處理裝置是基于流化床的預處理裝置，并且更優(yōu) 選地為循環(huán)流化床預處理裝置。優(yōu)選地，所述預處理裝置包括尾氣流量控制閥("預處理流量控 制閥")，用于調節(jié)通過所述預處理裝置的尾氣的第一股尾氣流的流
優(yōu)選地，所述工藝包括在所述預處理裝置的下游的水洗滌器中， 冷卻并去除來自所述第一股尾氣流的微粒材料和可溶氣體種類以及金 屬蒸汽。
當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，為了控制所述 第二股尾氣流中的尾氣壓力，優(yōu)選地，選擇用于所述主流量控制閥的 控制電路的時間常數，以使該時間常數顯著小于用于所述預處理流量 控制閥的控制電路的時間常數。
優(yōu)選地，所述主流量控制閥的時間常數是所述預處理流量控制閥 的時間常數的二分之一那樣小。
優(yōu)選地，所述主流量控制閥的時間常數比所述預處理流量控制閥 的時間常數小一個數量級。
優(yōu)選地，所述主流量控制閥的時間常數大約是所述預處理流量控 制閥的所述時間常數的十分之一那樣小。
優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔 融金屬時，將所述第一股尾氣流中的尾氣流量控制到最小體積流量之 上，以維持所述預處理裝置中的流化條件。
優(yōu)選地，所述工藝包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔
融金屬時，將所述第一股尾氣流中的尾氣流量控制到最小體積流量之 上，以在所述預處理裝置中將含金屬供給材料預加熱到預定溫度。就保證兩階段直接熔煉工藝的最優(yōu)運行而言，上述在所述預處理 裝置中維持流化條件和/或預處理含金屬供給材料的溫度的步驟是重要 的，所述兩階段直接熔煉工藝涉及在所述預處理裝置中對含金屬供給 材料的預處理和之后在所述直接熔煉容器中熔煉所述經預處理的材料 并生產熔融金屬。
優(yōu)選地，當所述含金屬供給材料為含鐵材料時，在所述預處理裝
置中，用于預處理的含金屬供給材料的預定溫度在600 — 700°C的范圍內。
優(yōu)選地，所述工藝包括在所述第一股尾氣流已被從所述預處理 裝置排出之后，將所述第一股尾氣流供給到用于產生所述工藝用的蒸 汽的廢熱回收單元。
優(yōu)選地，所述工藝包括將來自(i)從所述預處理裝置排出的所 述第一尾氣流和(ii)所述第二股尾氣流中的尾氣形成所述廢熱回收單 元的上游的聯合尾氣流，并將所述聯合尾氣流的至少一部分供給到用 于產生所述工藝用的蒸汽的所述廢熱回收單元。
優(yōu)選地，所述工藝包括在受控壓力下，將所述聯合尾氣流的一 部分供給到所述廢熱回收單元。
優(yōu)選地，所述工藝包括在可變體積流量下，將所述聯合尾氣流 的一部分供給到所述廢熱回收單元。
優(yōu)選地，所述工藝包括將所述聯合尾氣流的一部分供給到所述 廢熱回收單元的燃燒器單元。
優(yōu)選地，所述工藝包括將所述聯合尾氣流的一部分供給到所述
13廢熱回收單元的燃燒室，該燃燒室位于所述廢熱回收單元的燃燒器單 元的下游。
優(yōu)選地，所述工藝包括通過控制通向所述爐子的尾氣的體積流 量，來控制通向所述爐子和通向所述廢熱回收單元的所述第二股尾氣 流中的尾氣的分流。
根據本發(fā)明，還提供一種用于直接熔煉含金屬供給材料并生產熔 融金屬的直接熔煉設備，該設備包括
(a) 預處理裝置，用于預處理含金屬供給材料；
(b) 直接熔煉容器，用于通過在所述容器中直接熔煉經預熱的含 金屬供給材料的工藝來生產熔融金屬；
(C)爐子，用于產生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風；
(d) 廢熱回收單元，用于產生所述設備用的蒸汽廢熱回收單元；
(e) 尾氣管道，用于將在所述直接熔煉容器內產生的尾氣帶走， 并通過第一管道部分將所述尾氣供給到所述預處理裝置，以及通過第 二管道部分將所述尾氣供給到尾氣流量控制闊。
(f) 工藝控制器，用于控制所述設備的運行，包括當所述工藝 是生產熔融金屬時，控制在所述第二管道部分中的所述尾氣流量控制 閥的運行，并因此控制在所述直接還原容器內的壓力。
優(yōu)選地，所述第二管道部分適于將尾氣供給到爐子和廢熱回收單 元，并且所述設備包括廢熱回收單元水洗滌器，該水洗滌器用于冷卻 并去除來自流經所述第二管道部分的尾氣的微粒材料和可溶氣體種類 以及金屬蒸汽，所述第二管道部分位于所述爐子和所述廢熱回收單元 的上游。
優(yōu)選地，所述工藝控制器適于將所述第一尾氣流中的尾氣流量控 制到最小流量之上，以維持在所述預處理裝置中的流化條件。優(yōu)選地，所述工藝控制器適于將所述第一股尾氣流中的尾氣流量 控制到最小流量之上，以在所述預處理裝置內將含金屬供給材料預加 熱到預定溫度。
優(yōu)選地，所述工藝控制器采用用于控制所述直接熔煉容器中的壓 力的時間常數，該時間常數基本上小于用于控制通過所述預處理裝置 的所述最小流量的時間常數。
優(yōu)選地，用于控制所述直接熔煉容器中的壓力的所述時間常數比 用于控制通過所述預處理裝置的尾氣的流量的時間常數小一個數量 級。


以下將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明，附圖中 圖1為根據本發(fā)明的直接熔煉設備的一個實施例的示意圖；并且 圖2為在將尾氣供應到圖1所示的廢熱回收單元和爐子的尾氣流 中的濕式錐形洗滌塔和尾氣冷卻器的放大圖。
具體實施例方式
以下對附圖中所示的設備的描述基于這種情形根據本申請人的
國際申請PCT/AU96/00197中所述的HIsmelt工藝，采用該設備來熔煉 含鐵供給材料，從而生產熔融鐵。所述國際申請包含的專利說明書中 的公開內容通過交叉引用結合到本文中。
該工藝基于直接熔煉容器3的使用。
容器3是在本申請人的國際申請PCT/AU2004/000472和 PCT/AU2004/000473中所詳細描述的那種類型的容器。這些國際申請 所包含的專利說明書中的公開內容通過交叉引用結合到本文中。容器3具有爐床，該爐床包括由耐火磚形成的基部和側邊；側 壁，該側壁形成從爐床的側邊向上延伸的大致呈柱形的筒，并包括上 筒部和下筒部；爐頂；位于容器3上部的尾氣管道9;用于從容器3連 續(xù)排出熔融金屬的前爐67;以及用于定期從容器3排出熔渣的出渣口 。
容器3裝配有向下延伸的水冷式熱空氣鼓風("HAB")噴槍7和 八個水冷式固體噴射槍5，該熱空氣鼓風噴槍7延伸入容器3的上部空 間，而所述固體噴射槍5向下并向內延伸穿過側壁并進入爐渣內。
在使用中，容器3含有熔融鐵熔池。經由固體噴射槍5將含鐵供 給材料(諸如鐵礦粉、含有鐵的鋼廠廢料或DRI粉)、煤和熔劑(石灰 和白云石)直接注入熔池中。
具體而言， 一組噴射槍5用于注入含鐵的供給材料和熔劑，而另 一組噴射槍5用于注入煤和熔劑。
噴射槍5通過水冷來保護它們不受容器3內高溫的影響。噴射槍5 通常襯有高耐磨的材料，以防止它們受到高速噴射的氣體/固體混合物 的磨損。
含鐵供給材料通過預熱到600—700°C范圍內的溫度而進行預處 理，并在注入熔池之前在流化床預熱器17中被預還原。
在環(huán)境溫度下注入熔池中之前，煤和熔劑存儲在一系列閘斗倉25 內。經由煤干燥和碾磨設備71將煤供應到閘斗倉25。
注入的煤在熔池中液化，從而釋放出H2和CO。這些氣體用作還 原劑和能量源。煤中的碳快速溶解在熔池內。被溶解的碳和固態(tài)碳也 用作還原劑，產生作為還原產物的CO。注入的含鐵供應材料熔化為熔池中的熔融鐵，并經由前爐67連續(xù)排出。在該過程中產生的熔渣經由 出渣口 (未示出)定期排出。
在熔池中發(fā)生的將注入的含鐵供給材料熔化為熔融鐵所涉及的典 型還原反應為吸熱反應。維持這一過程、更具體而言維持這些吸熱反
應所需的能量是通過從熔池釋放的CO和H2與經由HAB噴槍7在通常 為1200°C的高溫下注入的富氧空氣起反應而提供的。
從在容器頂部空間內的上述后燃燒反應釋放的能量經由"過渡區(qū)" 而被傳輸到熔融鐵熔池，該"過渡區(qū)"為熔池上方的含有爐渣和鐵的 液滴的高湍流度區(qū)域的形式。這些液滴在該過渡區(qū)內由后燃燒反應產 生的熱加熱，并返回到爐渣/鐵熔池，從而將能量傳輸到熔池。
經由HAB噴槍7注入到容器3內的熱的富氧空氣是在熱鼓風爐 11內以這樣的方式產生的，S卩，使富氧空氣(名義上氧氣體積含量為 30至35%)通過爐子11，并對空氣加熱，之后經由熱鼓風主管41將 熱的富氧空氣輸送到HAB噴槍7。
調節(jié)爐子11的運行，以確保在主管41中有連續(xù)的、不中斷的熱 富氧空氣在恒定的直線溫度下向HAB噴槍7流動。
每個爐子11按照多個階段的重復次序運行，這些階段包括加熱階 段、灌注階段和熱交換階段，熱交換階段比加熱階段的時間段長。
在爐子11的加熱階段期間，通過以下方式加熱爐子ll，即燃燒(a) 來自容器3的經冷卻和凈化的尾氣，和/或(b)另一燃料氣體，諸如天 然氣，以及(c)爐子11的燃燒器組件(未示出)內的燃燒氣體，之后 使燃燒產物通過爐子11。
在爐子11的熱交換階段期間，將來自氧氣設備29的氧氣混合到鼓風機31所產生的增壓空氣流中。這些富氧空氣流通過爐子11，并在 爐子ll內加熱，從而為容器3產生熱富氧增壓空氣流。這些熱富氧空 氣流通常被稱為"熱鼓風"或"熱空氣鼓風"。
爐子11的灌注階段是這樣的階段，即，其中一個爐子基本關閉， 且既不被燃燒尾氣(和其他燃料氣體，諸如天然氣)加熱，也不通過 與空氣流熱交換而冷卻。
給定爐子11的灌注階段的持續(xù)時間至少為打開和關閉閥所需的時
間量，這些閥的打開和關閉是轉換尾氣和熱空氣流所需的，從而(a) 將給定爐子從加熱階段切換為熱交換階段以及(b)將另一爐子從熱交 換階段切換為加熱階段。
在煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)13內凈化爐子11在其加熱過程中所釋 放的燃燒產物。該FGD從燃燒產物中去除通常以硫化氫(H2S)和二 氧化硫(S02)形式存在的硫。容器3內產生的尾氣含有硫，如以下將 描述的那樣，在尾氣到達爐子ll之前，不能在容器3下游進行的尾氣 凈化中完全去除硫。
在爐子11在其加熱階段釋放的燃燒產物通過FGD系統(tǒng)之前，所 述燃燒產物可通過熱交換器(未示出)，并且在將加熱的尾氣和燃燒空 氣作為供給材料在加熱階段供應到爐子11的燃燒器之前，對已冷卻且 凈化的來自容器3的尾氣和燃燒氣體進行預加熱。容器的尾氣和燃燒 空氣可預加熱到大約180°C的溫度。
尾氣經由位于容器3上部的尾氣管道9從容器3釋放，并且尾氣 首先通過輻射冷卻器15，該輻射冷卻器以下稱為"尾氣罩"。通常，尾 氣在大約1450°C的溫度下離開容器并進入該尾氣罩。
尾氣在通過尾氣罩15的同時被冷卻，從而導致在汽鼓35內產生積聚的蒸汽。該尾氣罩可以是美國專利6,585,929中所述的冷卻并部分 凈化尾氣的那種類型的尾氣罩。
離開尾氣罩15的尾氣流處于大約1000°C的溫度下，并被分成兩 股氣流。
具體參照圖2， 一股離開尾氣罩15的尾氣流包含有55 —65%的來 自容器3的尾氣，該股尾氣流首先通過濕式錐形洗滌塔21。
洗滌塔21使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣中去除掉 微粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。尾氣的溫度在洗滌塔內從 大約1000°C下降到100°C以下，通常在65°C至90°C之間。
洗滌塔21包括上腔室71、下腔室73和使上腔室71、下腔室73 互相連接的垂直延伸管75。洗滌塔21包括位于管75下端內的尾氣控 制閥77。該控制閥77包括液壓操作的錐形元件79，該錐形元件能垂 直運動以打開或關閉管75的下端。洗滌塔21在上腔室71內包括噴水 器69，以及相對于管75和控制元件79定位的其他噴水器(未示出)。 將補充水和在洗滌塔內的循環(huán)水供應至噴水器。
控制閥77對通過洗滌塔21的尾氣的流量進行控制。這是對來自 容器3的尾氣的第一可變流量約束。因此，控制閥77對直接熔煉容器 3內的壓力進行控制，在生產熔融鐵的過程中，優(yōu)選將其控制成為0.8 巴的表壓。
來自洗滌塔21的尾氣經由下腔室73內的出口 81離開洗滌塔21， 并通過尾氣冷卻器23，該尾氣冷卻器23進一步冷卻尾氣至50°C以下， 通常在30°C到45°C之間，以從尾氣去除足量的水分，從而尾氣可用 作燃料氣體。通常，離開冷卻器的尾氣具有5%或更少的H20以及低 于10mg/Nm3、通常為5.0mg/Nm3的含霧量。在通常的金屬生產的狀況下，所產生的尾氣適于用作(a)爐子11 (如上所述)以及(b) WHR系統(tǒng)25內的燃料氣體。此外，經洗滌和 冷卻的尾氣適于在干燥和碾磨設備71內對煤進行干燥。
出于以上目的，將來自氣體冷卻器23的尾氣分成三股氣流，其中 一股氣流通向爐子ll，另一股氣流通向WHR系統(tǒng)25，第三股氣流通 向干燥和碾磨設備71。
來自尾氣冷卻器23的尾氣流是相對高含量的尾氣。通向WHR系 統(tǒng)25的氣流與如下所述通過預熱器17的冷卻和凈化的尾氣混合，該 冷卻和凈化的尾氣是相對低含量的尾氣，這是因為在該預熱器中，通 過尾氣中的CO和H2對含鐵供給材料進行了預還原。
如上詳細描述的，在通常的金屬生產狀況下，聯合尾氣流所具有 的熱量值使得其適于作為燃料氣體燃燒。
將聯合尾氣流、(圖1中附圖標記83所指的)天然氣形式的附加 燃料氣體源以及空氣供應到WHR系統(tǒng)25，并在其內燃燒。
聯合尾氣流在WHR系統(tǒng)25內以這樣的方式燃燒，g卩，最大化的 破壞CO，同時最小化的形成NOx。
從WHR系統(tǒng)25釋放的尾氣與來自爐子11的尾氣聯合，然后通 向FGD系統(tǒng)13。在FGD系統(tǒng)13中去除S02，并通過煙囪45將廢氣 排放到大氣。
大約含有35 — 45%體積比的尾氣的另一股氣流通過用于含鐵供給 材料的流化床預熱器17。該預熱器17從含鐵供給材料去除水分，并對 含鐵供給材料進行預熱和預還原。尾氣是預熱器17內的流化氣體和能
20量的來源。
設備的工藝控制器對流向預熱器17的尾氣流進行控制，從而(a) 將尾氣流控制為大于最小流量，以維持預熱器17內的流化狀態(tài)，以及
(b)將含鐵供給材料預熱到大致恒定的溫度，在工藝是生產熔融金屬
時，將其控制在600—700。C的范圍內。
從預熱器17釋放的尾氣通過旋流器61，并且從尾氣分離出夾帶的 灰塵。
然后，尾氣通過濕式錐形洗滌塔63，該洗滌塔63從尾氣去除掉微 粒材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽，并將尾氣的溫度從500°C到 200°C之間冷卻到100°C以下，通常在65eC至％°C之間。
洗滌塔63與上述濕式錐形洗滌塔21的基本結構相同。具體而言， 該洗滌塔63使流過其中的尾氣驟冷，并從流過其中的尾氣去除掉微粒 材料和可溶的氣體種類以及金屬蒸汽。而且，如在洗滌塔21中的情形 那樣，洗滌塔63包括尾氣流量控制閥，該控制閥具有液壓操作的錐形 元件，該錐形元件能垂直運動以打開和關閉所述閥，從而對通過洗滌 塔的尾氣的流量進行控制。
然后，來自洗滌塔63的尾氣通過尾氣冷卻器65，該尾氣冷卻器 65進一步將尾氣冷卻至5(TC以下，通常在30。C到45。C之間，以從尾 氣去除足量的水分，從而尾氣可用作燃料氣體。通常，離開冷卻器的 尾氣具有5%或更少的H20，以及低于10mg/Nm3、通常為5.0mg/Nm3
的含霧量。
如上所述，經冷卻和凈化的尾氣然后與來自冷卻器23的尾氣流聯 合，并在廢熱回收(WHR)系統(tǒng)25中用作燃料氣體。該WHR系統(tǒng)25包括
熱氧化器37，目卩，燃燒器組件，以及相關的燃燒室； WHR單元39，即，鍋爐； 汽鼓；以及
熱交換器裝置，諸如過熱螺旋管和軟化水節(jié)水器。
WHR系統(tǒng)25產生飽和蒸汽。該飽和蒸汽與來自尾氣罩15的汽鼓 35的飽和蒸汽混合，從而WHR系統(tǒng)25的過熱螺旋管從該飽和蒸汽產 生過熱蒸汽。
WHR系統(tǒng)25的蒸汽產生裝置包括 用于保護下游螺旋管的輻射屏蔽；
具有減熱器控制件的兩級過熱部(其中，根據需要通過注入軟化 水來控制過熱量，以將過熱蒸汽維持在42(TC的溫度)； 主蒸發(fā)器部，包括三個對流螺旋管模塊； 節(jié)水器部；以及
蒸汽室，具有三單元式的軟化水控制件。
在WHR系統(tǒng)25和尾氣罩15內產生的蒸汽用來驅動HAB鼓風機 31和氧氣設備29的主空氣壓縮機(未示出)，剩余的蒸汽通過渦輪式 交流發(fā)電機，該渦輪式交流發(fā)電機產生運行設備所需的電能。
渦輪式發(fā)電機系統(tǒng)包括設計成接收過熱蒸汽的冷凝式渦輪機。渦 輪機的排出物通過在真空下運行的表面冷凝器，并通過冷凝物泵將所 形成冷凝物泵送到除氣器。
使用尾氣作為設備中的燃料氣體抵消了一定量的電能，這樣就使 得設備在電力方面大體上能自給自足，否則這一部分電源要從外部電 網獲取。
22通常，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37為筒形碳鋼殼體，其內部是
耐火和絕緣的。
在使用中，由于以下多個因素，包括(a)在工藝運行期間產生 的并因而從容器3排出的尾氣的變化，(b)設備對蒸汽需求的變化， (c)可用于WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的尾氣的變化，該變化是 由于爐子11對尾氣的競爭性需求所引起的，(d)爐子11對尾氣需求的 變化，因此，WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37在來自上述尾氣分離流的 聯合尾氣流量變化的情況下運行。
所述工藝被設計成在多種"狀態(tài)"下運行，這些"狀態(tài)"在熔煉 運行期期間具有不同運行狀況，這些"狀態(tài)"例如包括以下工藝狀態(tài)
(a) 啟動；
(b) 熱金屬的生產，即，供應熱礦石、煤、熔劑以及熱鼓風； (C)保持，S卩，不供應熱礦石，供應煤和熱鼓風；
(d) 空轉，g卩，不供應礦石和煤，供應熱鼓風，在某些情況下供
應諸如天然氣的燃料氣體；以及
(e) 無風，g卩，不供應礦石和煤，也不供應熱鼓風。
在保持狀態(tài)期間，尾氣的熱量值會在相對低含量和相對高含量之
間變化。熱量值取決于向熔池中供給煤的速度和向容器3中供給熱空 氣鼓風的速度。這些參數影響著尾氣中的碳含量以及尾氣中的CO和
C02的含量。
在空轉狀態(tài)期間，尾氣熱量值相對較低。通常，只有將熱空氣鼓 風供應到容器3 (連同通過固體噴射槍5供應的吹掃氮氣)，尾氣的組 成才類似于空氣。
在空轉狀態(tài)期間，對熱金屬溫度進行監(jiān)控，并且在需要時，將諸 如天然氣的燃料氣體供應到熔融熔池上方的頂部空間內。該燃料氣體在熱空氣鼓風中燃燒。這有助于加熱容器3和熔融熔池。
燃料氣體以這樣的方式進行的燃燒通常是完全的，從而與其中只 向容器3提供熱空氣鼓風的空轉狀態(tài)相比，尾氣的熱量值不會提高。
在工藝處于空轉狀態(tài)中時，在容器3內燃燒燃料氣體之前，容器
的操作者可將爐渣分流到最低水平，或甚至排完爐渣。爐渣分流使得
在容器3中留有某一低水平的爐渣，而爐渣排完則基本上將所有的爐 渣排出容器。降低容器3內的爐渣的水平，使得金屬可直接通過燃燒 來加熱。在這些情形下，爐渣起到了絕緣器的作用，并且降低了金屬 受到的熱量。
在上述工藝狀態(tài)中，容器3內產生的尾氣的體積流量和熱量值是 不同的。例如，尾氣的流量和熱量值在熱金屬生產狀態(tài)期間相對較高， 而在空轉狀態(tài)期間相對較低。
此外，在給定的工藝狀態(tài)過程期間，容器3內產生的尾氣的體積 流量和熱量值還由于運行條件的變化而有所不同。例如，在熱金屬生 產狀態(tài)期間，運行條件會有些變化，這些變化將導致產生的尾氣在量 和熱量值上有所不同。
此外，WHR系統(tǒng)25可用的燃料氣體的體積流量隨著爐子11的階 段而變化。具體而言，當爐子11在其灌注階段中運行時，通向WHR 系統(tǒng)25的尾氣分離流具有相當高的流量。如上所述，與爐子11在加 熱階段所需的尾氣量相比，爐子ll在其灌注階段所需的尾氣量要低得 多。
此外，在工藝的不同狀態(tài)中，設備的蒸汽(和電力)需求是不同 的，從而WHR系統(tǒng)25所需的燃料氣體的體積流量和熱量值也不同。 例如，在熱金屬生產狀態(tài)期間，設備的蒸汽(和電力)需求比啟動狀態(tài)期間高出約40_60%。
此外，在工藝的不同狀態(tài)中，爐子11的燃料氣體需求是不同的。 例如，在熱金屬生產狀態(tài)期間，所需的燃料氣體的量要高于空轉狀態(tài)。
有鑒于此，在至少一些工藝狀態(tài)期間，需要將諸如天然氣(或尾
氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應到WHR系統(tǒng)25的燃燒 器組件37，從而滿足熔煉運行期期間設備的蒸汽需求。
此外，有鑒于此，需要改變供應到WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37 的諸如天然氣(或尾氣之外的其他燃料氣體)的可選燃料氣體的流量， 從而在熔煉運行期的給定狀態(tài)期間補償來自容器3的尾氣的變化流量 和熱量值，以滿足設備的蒸汽需求。
此外，有鑒于此，在至少一些工藝狀態(tài)下，需要將諸如天然氣(或 其他燃料氣體)的可選燃料氣體供應到爐子11的燃燒器組件，以補償 尾氣的流量和熱量值的變化，從而維持燃燒器組件用的燃料氣體的目 標流量和目標熱量值。
當工藝運行在無風、保持和空轉狀態(tài)中時，特別需要供應諸如天 然氣的可選燃料氣體。在這些狀態(tài)期間，流向爐子11的尾氣被完全切 斷，或至少有相當程度的減少，從而在這些工藝狀態(tài)期間，需要有另 一諸如天然氣的燃料氣體以所需水平來維持爐子11運行。
因此，設備的工藝控制器通過改變作為額外燃料氣體的天然氣的 流量來運行WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37，以在工藝中的任何時間點 提供燃料氣體所需的流量和熱量值。
因此，設備的工藝控制器還通過改變空氣的流量來運行WHR系 統(tǒng)25的燃燒器組件37，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最佳燃燒。
因此，設備的工藝控制器還通過改變作為額外燃料氣體的天然氣 的流量來運行爐子11的燃燒器組件，以在工藝中的任何時間點提供燃 料氣體所需的流量和熱量值。
因此，設備的工藝控制器還通過改變空氣的流量來運行爐子11的 燃燒器組件，以抵消尾氣和天然氣的變化流量，從而確保最佳燃燒。
此外，在由于爐子11內尾氣的需求降低，因而通向燃燒器組件37 的尾氣增加之前，設備的工藝控制器在通常為30秒的預定時間段內開
始斜線式地增加通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。
類似地，在由于爐子11內尾氣的需求增加，因而通向燃燒器組件 37的尾氣減少之前，設備的工藝控制器在通常為30秒的預定時間段內 開始斜線式地降低通向WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37的空氣流量。
對于在任何時間點，確定WHR系統(tǒng)25的燃燒器組件37和爐子 11的燃燒器組件所需的天然氣流量而言，設備在不同時間點的尾氣熱 量值是重要的參數。
設備包括質譜儀CV1、 CV2和CV3，這些質譜儀位于設備所選的 位置處，用以確定這些位置處的尾氣熱量值。所測量到的熱量值由所 述設備的工藝控制器進行處理，這是確定尾氣和天然氣所需流量的一 部分處理。
所選的位置位于尾氣罩15內(CV1)、尾氣冷卻器23的下游以及 通向爐子11和WHR系統(tǒng)25的尾氣分流的上游(CV2)以及預熱器61 的下游(CV3)。以不同狀態(tài)的范圍運行上述工藝還對不同狀態(tài)期間容器3內的壓 力控制具有影響。
此外，為了將含鐵供給材料維持在流化狀態(tài)，預熱器17具有某一 最低氣體流量要求。通過位于預熱器17下游的濕式錐形洗滌塔63內
的控制閥來控制通過預熱器17的氣體流量。
上述描述表明，當所述工藝生產熔融鐵時，即當所述工藝運行在
熱金屬生產狀態(tài)中時，通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77來控制容 器壓力。
更加具體而言，設備包括位于尾氣罩15內的壓力傳感器P1，該 壓力傳感器對以連續(xù)的形式流過尾氣罩的尾氣壓力進行監(jiān)控。當工藝 運行在熱金屬生產狀態(tài)中時，設備的工藝控制器響應于所監(jiān)控的壓力， 并運行濕式錐形洗滌塔21的控制閥77，從而根據需要調節(jié)壓力，優(yōu)選 維持恒定的容器壓力?？刂崎y77的控制電路的時間常數顯著小于預熱 器17下游的洗滌塔63內的控制閥的控制電路的時間常數。因此，就 控制容器3內的壓力和控制通過預熱器17的氣體流量之間的控制而 言，在金屬生產期間，主要是對容器壓力進行控制。
在該工藝的其他狀態(tài)期間，尤其是在保持和空轉狀態(tài)期間，仍有 必要維持對容器3內的壓力的控制。在這些狀態(tài)期間，這樣的壓力控 制是通過預熱器17下游的濕式錐形洗漆塔63內的上述控制閥而不是 通過濕式錐形洗滌塔21的控制閥77實現的。
更加具體而言，當工藝運行在這些狀態(tài)中時，濕式錐形洗滌塔21 的控制閥77至少基本上關閉，從而沒有尾氣流或至多僅有最少的尾氣 流通過洗滌塔21，然后從該源進入爐子ll和WHR系統(tǒng)25。因此，在 保持和空轉狀態(tài)期間，濕式錐形洗滌塔63中的控制閥變?yōu)橹饕膲毫?控制器。這還確保了通過預熱器的氣體流量，以使含金屬材料被維持在流化狀態(tài)中。
此外，當工藝變?yōu)楸３趾涂辙D狀態(tài)中時，工藝控制器運行，以降 低從爐子11供應到容器3的熱空氣鼓風的流量設置點。容器的壓力設
置點也被降低。通常，設置點從表壓0.8巴降低到表壓0.4巴。
在保持和空轉狀態(tài)期間，已經通過預熱器17的一部分尾氣被循環(huán) 利用，并與來自容器3的尾氣聯合，從而有助于維持預熱器17內的流 化條件。
在無風狀態(tài)下，不向容器供應熱空氣鼓風。關閉預熱器17下游的 洗滌塔63，并且對預熱器17內的所有尾氣進行循環(huán)利用，從而作為流 化氣體運行。
在保持和空轉狀態(tài)期間，爐子ll產生的熱空氣鼓風量減小。為了 確保爐子11不超過最高溫度，與在熱金屬生產狀態(tài)期間向爐子供應的 燃料氣體的總能量相比，降低向爐子ll供應的燃料氣體的總能量。這 樣，在保持和空轉狀態(tài)期間，輸入到爐子11的能量降低，從而與減少 的熱空氣鼓風流對能量需求的降低相匹配。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對上述本發(fā)明的實施 例作出多種改變。
權利要求
1. 一種直接熔煉工藝，用于在直接熔煉容器中從含金屬供給材料生產熔融金屬，所述工藝包括(a)在大氣壓力之上，在包含金屬和爐渣的熔融熔池的直接熔煉容器中直接熔煉含金屬供給材料，并產生工藝產物熔融金屬、熔渣和尾氣，所述工藝包括將(i)經預處理的固體含金屬供給材料、(ii)固體含碳供給材料和(iii)空氣或富氧空氣供給到所述容器；(b)將從所述直接熔煉容器釋放的尾氣分成至少兩股尾氣流，將第一股尾氣流用在預處理裝置中，該預處理裝置用于預處理隨后被供給到所述直接熔煉容器的含金屬供給材料，并且將第二股尾氣流用作(i)用于產生熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子和(ii)用于產生蒸汽的廢熱回收單元中的至少一個的燃料氣體；以及(c)當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，通過控制所述第二股尾氣流中的尾氣壓力，來控制所述直接熔煉容器內的壓力。
2. 根據權利要求l所述的工藝，其中，步驟(c)包括當所述工 藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓 力控制為基本上恒定的壓力。
3. 根據權利要求1或2所述的工藝，其中，步驟(c)包括當所 述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內 的壓力控制為至少0.6巴的表壓。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，步驟(c)包括 當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容 器內的壓力控制在0.6至1.0巴表壓的范圍內。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，步驟(c)包括:當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容器內的壓力控制在0.7至0.9巴表壓的范圍內。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，步驟(C)包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述直接熔煉容 器內的壓力控制為0.8巴的表壓。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括在所述爐子和 所述廢熱回收單元中至少一個的上游的水洗滌器中，冷卻并去除來自 所述第二股尾氣流的微粒材料和可溶氣體種類以及金屬蒸汽。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，步驟(C)包括通過控制流經尾氣流量控制閥("主流量控制閥")的尾氣的流量， 來控制所述直接熔煉容器內的壓力。
9. 根據權利要求7所述的工藝，其中，步驟(c)包括通過打開或關閉所述洗滌器中的尾氣流量控制閥，來控制流經所述洗滌器的尾 氣的流量，從而控制所述直接熔煉容器內的壓力，所述洗滌器在下文 中稱為"壓力控制洗滌器"。
10. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，所述預處理裝置是基于流化床的預處理裝置。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，其中，所述預處理 裝置包括尾氣流量控制閥("預處理流量控制閥")，用于調節(jié)通過 所述預處理裝置的所述第一股尾氣流的流量。
12. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括在所述預處理裝置的下游的水洗滌器中，冷卻并去除來自所述第一股尾氣流的微 粒材料和可溶氣體種類以及金屬蒸汽。
13. 根據權利要求11所述的工藝，當從屬于權利要求8時，包括 選擇用于所述主流量控制閥的控制電路的時間常數，以使該時間常數 顯著地小于用于所述預處理流量控制閥的控制電路的時間常數。
14. 根據權利要求13所述的工藝，其中，所述主流量控制閥的所 述時間常數是所述預處理流量控制閥的所述時間常數的二分之一那樣
15. 根據權利要求13所述的工藝，其中，所述主流量控制閥的所述時間常數比所述預處理流量控制閥的所述時間常數小一個數量級。
16. 根據權利要求13所述的工藝，其中，所述主流量控制閥的所 述時間常數大約是所述預處理流量控制閥的所述時間常數的十分之一 那樣小。
17. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括當所述工藝根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述第一股尾氣流中的尾氣 流量控制到最小體積流量之上，以維持所述預處理裝置中的流化條件。
18. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括當所述工藝 根據步驟(a)運行并生產熔融金屬時，將所述第一股尾氣流中的尾氣 流量控制到最小體積流量之上，以在所述預處理裝置中將含金屬供給 材料預加熱到預定溫度。
19. 根據權利要求18所述的工藝，其中，當所述含金屬供給材料 為含鐵材料時，在所述預處理裝置中，用于所述預處理的含金屬供給 材料的所述預定溫度在600-70(^C的范圍內。
20. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括在所述第一股尾氣流已從所述預處理裝置排出之后，將所述第一股尾氣流供給到 用于產生所述工藝用的蒸汽的廢熱回收單元。
21. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括將(i)從所 述預處理裝置排出的所述第一股尾氣流和(ii)所述第二股尾氣流中的 尾氣形成所述廢熱回收單元的上游的聯合尾氣流，并將所述聯合尾氣 流的至少一部分供給到用于產生所述工藝用的蒸汽的所述廢熱回收單 元。
22. 根據權利要求21所述的工藝，包括在受控壓力下，將所述聯合尾氣流的一部分供給到所述廢熱回收單元。
23. 根據權利要求22所述的工藝，包括以可變體積流量將所述 聯合尾氣流的一部分供給到所述廢熱回收單元。
24. 根據權利要求23所述的工藝，包括將所述聯合尾氣流的一 部分供給到所述廢熱回收單元的燃燒器單元。
25. 根據權利要求24所述的工藝，包括將所述聯合尾氣流的一 部分供給到所述廢熱回收單元的燃燒室，該燃燒室位于所述廢熱回收 單元的燃燒器單元的下游。
26. 根據前述權利要求中任一項所述的工藝，包括通過控制通向所述爐子的尾氣的體積流量，來控制通向所述爐子和通向所述廢熱 回收單元的所述第二股尾氣流中的尾氣的分流。
27. —種直接熔煉工藝，用于在直接熔煉容器中從含金屬供給材料生產熔融金屬，所述工藝包括將來自所述容器的尾氣流用作(i)用于產生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子和(ii)用 于產生所述工藝用的蒸汽的廢熱回收單元中至少一個的燃料氣體，并且還包括當所述工藝生產熔融金屬時，通過控制所述尾氣流中的壓 力來控制所述容器內的壓力。
28. —種直接熔煉設備，用于直接熔煉含金屬供給材料并生產熔 融金屬，所述設備包括(a) 預處理裝置，用于預處理含金屬供給材料；(b) 直接熔煉容器，用于通過在所述容器中直接熔煉經預熱的含 金屬供給材料的工藝來生產熔融金屬；(C)爐子；用于產生所述工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風；(d) 廢熱回收單元，用于產生所述設備用的蒸汽；(e) 尾氣管道，用于將在所述直接熔煉容器中產生的尾氣帶走，并通過第一管道部分將所述尾氣供給到所述預處理裝置，以及通過第二管道部分將所述尾氣供給到尾氣流量控制閥；以及(f) 工藝控制器，用于控制所述設備的運行，包括當所述工藝生產熔融金屬時，控制在所述第二管道部分中的所述尾氣流量控制閥 的運行，并因此控制在直接還原容器內的壓力。
29. 根據權利要求28所述的設備，其中，所述第二管道部分適于 將尾氣供給到所述爐子和所述廢熱回收單元，并且所述設備包括水洗 滌器，該水洗滌器用于冷卻并去除來自流經所述第二管道部分的尾氣 的微粒材料和可溶氣體種類以及金屬蒸汽，所述第二管道部分位于所 述爐子和所述廢熱回收單元的上游。
30. 根據權利要求28或29所述的設備，其中，所述工藝控制器 適于將所述第一股尾氣流中的尾氣流量控制到最小流量之上，以維持 在所述預處理裝置中的流化條件。
31. 根據權利要求28至30中任一項所述的設備，其中，所述工 藝控制器適于將所述第一股尾氣流中的尾氣流量控制到最小流量之 上，以在所述預處理裝置內將含金屬供給材料預加熱到預定溫度。
32. 根據權利要求30或31所述的設備，其中，所述工藝控制器采用用于控制所述直接熔煉容器中的壓力的時間常數，該時間常數基 本上小于用于控制通過所述預處理裝置的所述最小流量的時間常數。
33. 根據權利要求30或31所述的設備，其中，用于控制所述直 接熔煉容器中的壓力的所述時間常數比用于控制通過所述預處理裝置 的尾氣的流量的時間常數小一個數量級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接熔煉工藝，用于在直接熔煉容器中從含金屬供給材料生產熔融金屬。該工藝包括將來自所述容器的尾氣流用作(i)用于產生工藝用的熱空氣鼓風或熱富氧空氣鼓風的爐子以及(ii)用于產生工藝用的蒸汽的廢熱回收單元的燃料氣體。當所述工藝為生產熔融金屬時，工藝還包括通過控制尾氣流中的壓力來控制所述容器內的壓力。
文檔編號C21C5/38GK101473049SQ200780022625
公開日2009年7月1日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權日2006年4月24日
發(fā)明者尼爾·約翰·古德曼 申請人:技術資源有限公司